Ist der M5Stamp Fly Quadcopter der nächste Tello? (Review)

Ich habe Drohnen in Bildungsangeboten eingesetzt, sowohl online als auch im Klassenzimmer, wobei die Programmierbarkeit eine wichtige Rolle spielte. Die drone, die ich hauptsächlich verwendet habe, die Ryze/DJI Tello, ist nicht mehr im Handel erhältlich, und ich suche nach günstigen Alternativen für meine Kurse. Als der M5Stamp Fly angekündigt wurde, hatte ich gehofft, dass es die gesuchte Alternative sein könnte. Erfüllt es in dieser Hinsicht die Erwartungen?

Einstieg

Der Controller und die Drohne werden separat geliefert, aber man kann die M5Stamp Fly von Anfang an nur mit dem M5Atom Joystick fliegen.

 

Das finden Sie in den beiden Produktboxen:

• M5Stamp Fly Drohne
• Zwei Batterien (eine in jeder Box)
• Zwei Ersatzpropeller mit einem Werkzeug zum Entfernen der Propeller (einer für Rechtsdrehung und einer für Links)
• M5Atom Joystick Controller

Im Gehäuse des Joysticks gibt es zwei Ladeanschlüsse, an denen beide Batterien mit einem USB-C Ladekabel (nicht im Lieferumfang enthalten) aufgeladen werden können.

Produktübersicht zur M5Stamp Fly

Die Elektor Produktseiten finden Sie hier: M5Stamp Fly und M5Atom Joystick. Diese Seiten bieten bildliche Zusammenfassungen der Stamp Fly und des Atom Joystick Controllers, wie unten gezeigt.
 

 

Die Produktseiten zeigen beide dasselbe Video, das erklärt, wie man die Fly- und Joystick-Steuerung koppelt. Am Ende des Videos gibt es eine kurze Flugdemo, aber es fehlen Hinweise, die neuen Nutzern helfen, die Joystick-Steuerungen sicher zu verwenden, um die Drohne zu fliegen. Tipps dazu findet man im Abschnitt Erste Flugerfahrungen weiter unten.

Besondere Merkmale dieser Geräte sind in jeder Abbildung deutlich gekennzeichnet. Jedes Gerät verwendet einen ESP32S3FN8: StampS3 für die Drohne und Atom CoreS3 für den Joystick. Beide sind über Stiftleisten mit der Hauptplatine verbunden und können somit leicht abgenommen werden.

Die Stamp Fly beinhaltet zusätzlich einen BMI270 IMU-Sensor, einen BMM150-Magnetometer, einen BMP280-Drucksensor, zwei VL53L3C Time-of-Flight (ToF)-Sensoren, einen PMW3901 optischen Flusssensor, eine Reset/Paar-Taste zum Pairing und Kalibrierungsreset sowie zwei WS2812C Status-RGB-LEDs (oben und unten).

Der Atom Joystick hat einen zusätzlichen MCU (STM32F030), zwei Tasten für die Einstellungen, zwei Hall-Effekt-Joysticks und zwei RGB-LEDs, die den Batterieladezustand für jede Buchse anzeigen (rot bedeutet Laden und grün zeigt an, dass das Laden fertig ist). Außerdem gibt es einen USB-C-Ladeanschluss.

Einrichten des M5STamp Fly  

Es sind zwar keine Anweisungen erforderlich, aber hier findest du Informationen zum Aktualisieren der Firmware auf die neueste offizielle Version. Ich habe ein Firmware-Update durchgeführt, weil ich mir nicht sicher war, ob das Verhalten beim Start, als die Fly im Höhen-Automatik-Modus war, so erwartet wurde. Nach dem Firmware-Update müssen der Joystick und die Fly erneut gekoppelt werden, falls du die Drohne und den Controller zuvor schon gekoppelt hast. Sobald sie gekoppelt sind, kannst du bereit sein, die Drohne mit dem Controller zu fliegen.

Kopplungsprozess

Der Kopplungsprozess wird in der folgenden Abbildung zusammengefasst.  
 

1. Drücken Sie die mittlere Taste am Atom und halten Sie sie gedrückt, um das Gerät einzuschalten. Folgen Sie anschließend den Anweisungen auf dem Bildschirm, um den Kopplungsmodus durch erneutes Drücken der Taste zu aktivieren.
2. Drücken Sie die Reset-Taste am Stamp Fly, um das Kopplungssignal zu senden.
3. Warten Sie, bis die Kopplung abgeschlossen ist.

LED-Statuslichter des M5Stamp Fly  

Bevor Sie fliegen, ist es nützlich, die Bedeutung der LED-Statuslichtfarben zu verstehen, die auf der Rückseite des Fly angezeigt werden. Die gleichen Effekte der LED-Statuslichter sind auch auf der LED an der Unterseite des Stamp Fly sichtbar.

Die oberen Abbildungen zeigen die Effekte beim Einschalten, während die unteren die Betriebszustände darstellen. Sie können einen Selbsttest durchführen, indem Sie den Reset-Knopf an der Oberseite vorne am Fly, direkt unter dem M5Stamp S3 Board, drücken. Dies führt den Selbsttest erneut aus.
Einschalten  
Weiß: Geräteselbsttest gestartet.  
Lila: Kalibrierung des Sensoroffsets läuft (halten Sie das Stamp Fly waagerecht und vermeiden Sie Berührungen, um Störungen bei der Kalibrierung zu verhindern).  
Rot, grün und blau abwechselnd: Bereitschaftsmodus (bereit zum Start).  
Betrieb  
Hellblau: Niedriger Batteriestatuswarnung.  
Gelb: Manueller Höhenmodus.  
Lila: Automatischer Höhenmodus.  
Grün: Automatischer Abstieg im automatischen Höhenmodus.

1. Einschalten

• Weiß: Geräteselbsttest gestartet.
• Lila: Kalibrierung des Sensoroffsets läuft (halten Sie das Stamp Fly waagerecht und vermeiden Sie Berührungen, um Störungen bei der Kalibrierung zu verhindern).
• Rot, grün und blau abwechselnd: Bereitschaftsmodus (bereit zum Start).  

2. Betrieb

• Hellblau: Niedriger Batteriestatuswarnung.  
• Gelb: Manueller Höhenmodus.  
• Lila: Automatischer Höhenmodus.  
• Grün: Automatischer Abstieg im automatischen Höhenmodus.

Erster Flug 

Die Firmware-Dokumentationsseite fasst die beiden Betriebsmodi wie folgt zusammen, einschließlich des „Trick“-Flugeffekts eines Flip.  
 

• Linke vordere Taste am Atom-Joystick (Modusschalter)  
  • Stabilitätsmodus: Bietet eine stabile Kontrolle, die sich gut für den regulären Flug und zum Cruisen eignet.  
  • Sportmodus: Ermöglicht maximale Kontrollfreiheit, was komplexe Manöver zulässt, jedoch ein hohes Maß an Bedienungskompetenz erfordert.  
• Rechte vordere Taste am Atom-Joystick (Höhenmodus-Schalter)  
  • Automatische Höhe: Hält eine stabile Höhe auf dem festgelegten Niveau; das Hoch- oder Runterdrücken des linken Joysticks ändert die eingestellte Höhe.  
  •  Manuelle Höhe: Vollständige Steuerung der Höhe mit höherem Bedienungskompetenzbedarf.  
• Zentrale Taste am rechten Joystick (Luftflip-Aktion)  

Bedienung des Controllers

Im automatischen Höhenmodus (ideal für Anfänger) wird die Bildschirmtaste am Controller genutzt, um den Start zu starten, sobald die Nachricht „Bereit zum Fliegen“ auf dem Bildschirm erscheint, wie in der Abbildung des künstlichen Horizonts unten gezeigt. Während des Flugs drücken Sie die Bildschirmtaste am Controller, um zu landen.

Stellen Sie sicher, dass der Controller-Bildschirm anzeigt, dass die Flugmodi wie im nächsten Bild des CoreS3-Controllers eingestellt sind. Die Flugmodi lassen sich mit den gelben Tasten oben am Controller einstellen, wie im Bild des ausgepackten Controllers gezeigt.

 

M5Stamp Fly Flugerfahrung

Nach dem Firmware-Update war ich bei meinen Flugaktionen mutiger. Sobald der Start erfolgt ist, konnte ich beim automatischen Höhenhalten mit dem rechten Joystick die Kontrolle übernehmen, um ein Abdriften der Drohne zu verhindern. Die Höhe steigt ein wenig an, wenn das passiert. Das Höhenhalten war nicht optimal, erforderte jedoch nicht viel Mikromanagement mit dem linken Joystick. Die Drohne neigte sich etwas ohne Eingreifen, aber ich konnte den linken Joystick zur Kompensation einsetzen. In der Regel änderte sich auch die Höhe leicht, aber nicht erheblich. Meistens funktionierte der Landeknopf in der Mitte des Bildschirms, um die Drohne zu landen. Es ist wichtig, mit dem rechten Joystick aufmerksam zu bleiben, um die Drohne stabil zu halten.

Beim Fliegen zeigt der LCD-Bildschirm des AtomS3 einen künstlichen Horizont, der die Flugausrichtung des Fly in Echtzeit anzeigt.

Wenn der rechte Joystick in einer zentralen Position bleibt, zeigt der Joystick kein driftsfreies Schwebeverhalten und der Fly wird treiben. Es sei denn, er wird mit dem rechten Joystick gesteuert. Ich hatte erwartet, dass dieses Start- und Schwebepositionieren ähnlich wie bei der Tello-Drohne funktioniert. Diese Erwartung war jedoch falsch, da die Einstellung für automatische Höhe (manchmal auch als Höhenhaltung bezeichnet) nicht dasselbe ist wie die Positionshaltung, die die Tello unterstützt. Im Modus der Positionshaltung würde die Drohne eine stabile Schwebeposition einnehmen mit nur minimalem Drift, ohne dass ein Joystick berührt werden muss.

Open-Source Überlegungen  

Sowohl die M5Stamp Fly Drohne als auch der Atom-Controller verfügen über Github-Seiten. Der Code wird im Rahmen des PlatformIO-Frameworks bereitgestellt, anstatt in der Arduino IDE. Ich habe nach Anleitungen gesucht, um die hier behandelten M5STACK-Geräte mit Arduino zu programmieren, jedoch leider nichts gefunden. Andere M5STACK-Geräte scheinen von Arduino gut unterstützt zu werden. Möglicherweise fehlt mir einfach ein praktisches Beispiel, um grundlegende Programmierungen alternativer Flugsteuerungsmuster, wie das Implementieren des Position Hold, zu erlernen.

ESP-NOW

Das Hauptkommunikationsprotokoll für die Verbindung zwischen Controller und Drohne ist ESP-NOW. Dieses Protokoll ist gut dokumentiert und es gibt viele Beispiele, die in der Arduino IDE für ESP32-Plattformen funktionieren. Das Bild oben auf der ESP-NOW-Seite zeigt einen Dual-Joystick-Controller, der dem Controller ähnelt, der als Flugcontroller für die Stamp Fly-Drohne angeboten wird.

Es liegt keine umfassende Beschreibung der grundlegenden API vor, zumindest konnte ich keine finden. Vergleichbare Informationen zur API der Tello-Drohne, die von der Firma Ryze/DJI bereitgestellt werden, fehlen. Diese Informationen werden in mehreren unabhängigen Projekten verwendet, unter anderem in einer leistungsstarken Python-Bibliothek namens DJITelloPy.

Bitte beachten Sie, dass der Tello WiFi zur Kommunikation verwendet wird, um Flugbefehle von externen Geräten wie dem ESP32-Controller zu empfangen, den ich für meine Kurse entwickelt habe. Diese Art der Kommunikation ist gut dokumentiert.

Da der Quellcode der Firmware für den Stamp Fly und den Atom Joystick auf GitHub zugänglich ist, sollte es möglich sein, sowohl eine grundlegende API als auch die ESP-NOW-Kommunikationsmechanismen, die zwischen diesen Geräten verwendet werden, zu analysieren.

Fazit

Der manuelle Flug des Stamp Fly funktioniert, wie auf den M5STACK Online-Informationsseiten nur spärlich dokumentiert. In den Produktboxen sind keine nennenswerten gedruckten Materialien enthalten, außer einer kleinen Papierbeilage, die eine Zusammenfassung der Statuslichter und des Pairing-Prozesses enthält, welche auf der Vorderseite der Rückseite jeder Box abgedruckt ist. Alle diese Details wurden bereits oben in der Rezension zusammengefasst.

Manueller Flug  

Mit der richtigen Anleitung ist die Steuerung der Drohne so einfach, dass Kinder Freude daran haben könnten, sie im stabilen Steuerungsmodus mit automatischer Höhenregelung zu fliegen. Personen mit Erfahrung im Fliegen von Drohnen, die dasselbe Joystick-Setup verwenden – Gas und Gier mit dem linken Joystick sowie Nick und Roll mit dem rechten Joystick – können im Sportmodus mit manueller Höhenregelung fliegen. Da ich dieses Produkt in einem Innenbereich mit begrenztem Luftraum getestet habe, habe ich diese Flugmethode nicht ausprobiert.

Programmierten Flug  

Dieses Produkt ist derzeit noch nicht geeignet, um den Tello im Bildungsbereich der Drohnen zu ersetzen. Um dies zu ermöglichen, muss die API-Dokumentation verbessert werden, um die grundlegenden Kommunikationsmuster und eine Liste von Befehlen, die vom Controller an die Drohne gesendet werden können, klar darzustellen. Zudem sollte der programmierte Flug zumindest das Verhalten des Position Hold-Flugs nachahmen, sodass ein Start und anschließend ein Schweben als erste Flugaktion ohne Eingriff des Joysticks möglich sind.

Ich möchte eigene Recherchen durchführen, um mehr über das Innenleben der Stamp Fly und die Kommunikation zwischen Drohne und Controller zu erfahren. Zudem möchte ich meinen eigenen ESP32-Controller anpassen, der die Tello steuert, damit er auch die Stamp Fly fliegen kann.